Skip to main content

Article Category

Nachrichten

Article available in the folowing languages:

Energie direkt aus der Luft

Lithium-Luft-Akkumulatoren könnten die nächste große Innovation für Energiespeicher sein, wäre da nicht ihre sehr kurze Lebensdauer. In einem EU-finanzierten Projekt konnte diese kürzlich verdoppelt werden.

Seitdem sie 1991 erstmals vermarktet wurden, haben sich Lithium-Ionen-Akkumulatoren stark weiterentwickelt. Der globale Markt soll bis zum Jahr 2019 die 30-Mrd.-EUR-Marke überschreiten, und von Speichergeräten für unregelmäßig verfügbare erneuerbare Energien bis hin zu Smartphones und Elektrofahrzeugen finden sich Anwendungen in beinahe jeder Branche. Doch da der Energiebedarf der betriebenen Geräte steigt, suchen inzwischen Ingenieure auf der ganzen Welt nach Alternativen mit höherer Speicherkapazität. Eine dieser Alternativen besteht in Lithium-Luft-Technologie (Li-Luft-) – diese Akkumulatoren setzen sich aus einer metallbasierten Anode und einer Luft-Kathode zusammen, die kontinuierlich Sauerstoff aus der Umgebungsluft zieht. „Der wichtigste Vorteil eines Lithium-Luft-Akkus ist seine hohe Energiedichte, welche die eines Lithium-Ionen-Akkus theoretisch um das Zehnfache übersteigt“, erklärt Prof. Qiuping Chen, assoziierter Professor am Polytechnikum Turin und Koordinator des STABLE-Projekts. „Die größte Herausforderung besteht jedoch in der Erhöhung ihrer Lebensdauer, die vor dem STABLE-Projekt bei höchstens 50 Zyklen lag.“ Diese Zahl wirkt im Vergleich zu Lithium-Ionen-Akkumulatoren, die im Lauf ihrer Lebensdauer 400 bis 1200 Zyklen erreichen, verschwindend gering. Das Ziel von STABLE war simpel: Die Steigerung dieser Kapazität von 50 auf 100–150 Zyklen und die Demonstration dieses Durchbruchs bei funktionierenden Zellen innerhalb von drei Jahren. Dies sollte vor dem Hintergrund des aufkeimenden Markts für Elektrofahrzeug-Akkumulatoren erreicht werden. „In dieser Hinsicht ist das Projekt ein voller Erfolg, denn wir konnten eine Lebensdauer von 151 Zyklen erreichen“, erklärt Prof. Chen enthusiastisch. „Obwohl die Reichweite von Automobilen pro Ladezyklus größtenteils von Energiedichte, Größe und Anzahl der Akkumulatorzellen abhängig ist, erachten wir dieses Ergebnis als sehr bedeutend.“ Um dieses Ergebnis zu erreichen, konzentrierten sich Prof. Chen und sein Team auf die Erforschung der Anode, Kathode, Elektrolytmaterialien und -technologien sowie auf Fertigungsverfahren für Akkumulatoren, die für deren Leistung, Kosten und Umweltauswirkungen eine zentrale Rolle spielen. „Wir verbesserten die Lebensdauer und Zyklenfestigkeit von Li-Luft-Akkus auf verschiedene Art und Weise. Zuerst ermittelten wir hoch aktive bifunktionale Katalysatoren, mit denen der Akkumulator wirksam wiederaufgeladen werden kann. Dann schützten wir die Lithium-Anode mithilfe geeigneter Membranen vor Dendriten, und abschließend erhöhten wir die Stabilität des Elektrolyten, um die Löslichkeit von Li2O2 zu verbessern und eine Blockierung der Kathode zu verhindern. Prof. Chen ist überzeugt, dass der Erfolg des Projekts durch die multidisziplinäre Zusammenstellung des Konsortiums, das Experten für Werkstoffwissenschaften, Elektrochemie, Akkumulatorfertigung und weitere Bereiche enthält, ermöglicht wurde. Auch zur zukünftigen Vermarktung wird das Konsortium beitragen. „Dies war ein Forschungsprojekt zu einer Technologie, die sich noch in einem frühen Stadium befindet“, schließt Prof. Chen. „Wir haben unsere Ziele erfolgreich erreicht, konnten diese jedoch nur im Labormaßstab validieren. Vor uns liegt noch viel Arbeit, um unsere neuen Akkumulatoren auf den Markt zu bringen, und die Herausforderungen reichen von der Herstellung der Ausgangsmaterialien bis zur Verbesserung der Technologien und der Ausrüstung für Li-Luft-Akkus.“ Weitere Informationen erhalten Sie unter: STABLE-Projektwebsite

Länder

Italien

Verwandte Artikel